книги из ГПНТБ / Тарабанов, М. Г. Тепло- и массоперенос в камерах орошения кондиционеров с форсунками распыления учебное пособие
.pdf2. Методика обработки результатов наблюдений
Замеренные в опытах .показания 'приборов подвергаются' следующей обработкой. Так как скорости воздуха во входном и выходном .измерительном участках обычно лежат в .преде лах от 8,5 до 20 м/сек, то поправки на показания мокрых тер мометров не вводятся. Парциальное давление водяного .пара в воздухе вычисляется .по показаниям сухого и мокрого тер-: мометра и барометра по формуле Реки areля
рп=рм—A(tc—tM) -рз, мм. рт. ст, (4.3)..
Величина множителя А, зависящая от скорости воздуха, определяется по уравнению
А = 0,00001-^65+ |
, |
-(4.4) |
где V —скорость 'воздушного потока на измерительном участ ке.
Парциальное давление водяного пара в состоянии насыще ния при температуре мокрого термометра (принимается по таб лицам Р. М. Ладыженского [97], которые дают результаты, совпадающие с точностью до третьего знака с данными М. П. Вукаловича [27], и приняты в качестве расчетных в норматив ной литературе [126].
Теплосодержание влажного воздуха вычисляется .по фор
муле М. И. Фильнея: |
|
|
|
J=0,:24t+(597,4+0,43t)-d-10-3, ккал/кг. |
(4.5) |
||
Влагосодержание |
влажного |
воздуха подсчитываетсяпо |
|
форхруле |
|
|
|
d - |
0,622 — |
, г/кг. |
(4.6) |
|
Рб |
Рп |
|
Ооъем1ный вес влажного и сухого воздуха определяется' по |
|||
формулам: |
|
|
|
7вл = |
4" (0,465 рб - 0,176 рп) ; |
(4.7) |
|
’ Yc == — |
(Рб_— Рп) ■ |
(4-8) |
При вычислении массовой скорости воздуха учитывается изменение поперечного сечения испытываемой камеры за счет
6* |
135 |
колебания уровня воды в поддоне ,в зависимости от статиче ского давления в камере.
3. Методика получения расчетных зависимостей
•В общем случае интенсивность процессов тепло-.и масеопереноса в камерах орошения определяется такими фактора ми как скорость воздуха, расход воды, тонкость распыления, давление воды перед форсунками, число рядов форсунок и их расположение, длина камеры, а также конструкция самих форсунок. Кроме того, эффективность камеры зависит от ре жима обработки воздуха. Многообразие указанных факторов значительно затрудняет их учет при обработке опытных дан ных, и обычно из этих факторов выделяют несколько основ ных параметров, в качестве которых в настоящее время при няты массовая скорость воздуха Vy, коэффициент орошения
Ви температурный параметр какого-либо вида. Интересно, что обработка опытов в виде функциональной зависимости от
Ви Vy была предложена А. А. Гоголиным [42] еще в 1939 г.
изатем использована в работах [64, 67, 85, 166].
Вработах [64] и [85] была предпринята попытка предста вить результаты опытов в виде критериальных уравнений, од нако дальнейшего распространения эти зависимости не полу
чили. В этой связи необходимо отметить, что вопрос об ис пользовании для оценки теплотехнической эффективности ка мер орошения критериальных зависимостей был подробно рассмотрен Р. М. Ладыженским [97] применительно к задаче моделирования форсуночных камер. При этом Р. М. Лады женский пришел к выводу, что моделировать камеры нельзя, а следовательно, и невозможно вести обработку эксперимен тальных данных в критериальной форме. С этим выводом пол ностью согласен В. Д. Коркин [88], который обрабатывал свои опыты в виде функциональной зависимости
NTUH=fi(iB; Vy;T0), |
<4.9) |
где |
|
Т1 _ ^2 tMI
* о ----- }ч ~ :tWH ■
В. Д. Коркин на основе специального анализа пришел к убеждению, что коэффициент орошения и массовая скорость воздуха полностью определяют влияние гидродинамических факторов на эффективность тепло- и массопереноса в форсу
136
ночных «амерах. Такого же мнения придерживается и П. В. Участкин [153], хотя им была предпринята попытка предста вить коэффициент орошения в раскрытом виде с учетом диа метра сопла и давления перед форсункой.
Необходимо отметить, что правильный выбор функцио нальной зависимости при обработке экспериментальных дан ных особенно важен в случае проведения работ, направлен ных ,на повышение эффективности камер орошения, поскольку решение этой задачи возможно лишь при условии правильно го представления физики происходящих в рабочем объеме ка меры процессов. Поэтому остановимся подробнее на вопросе моделирования форсуночных камер и на раскрытии физиче ского смысла коэффициента орошения и массовой скорости воздуха.
Как уже отмечалось, вопрос о моделирований форсуноч ных камер рассматривался Р. М. Ладыженским, который на оонове анализа уравнения тепла в стационарном процессе по лучил следующее выражение для условия подобия во входных сечениях модели и рабочего аппарата:
Вм |
Рвм |
Ркм |
1м _ |
Bp |
рВр |
ркр |
lp |
^ |
^км |
^ВМ |
^КМ |
W m |
б Кр |
tBp |
tKp |
Wp |
|
где рк и рв — упругость пара <в пограничном |
слое |
над по |
||||||
|
|
верхностью воды и в воздухе; |
|
: |
||||
|
|
dK—диаметр капли; |
|
|
|
|
1 — один из линейных размеров поперечного сече-’ ния камеры;
W — скорость воздуха;
индексы «м» и «р» относятся соответственно к модели к к ра бочему аппарату.
Кроме того, основным условием для дальнейших выводов служит равенство критерия Re в модели и в рабочем аппара-' те:
W„-1M. Wp-lp
(4.11)
V V
Нетрудно заметить, что из трех сомножителей, правой ча сти выражения (4.10) отношение /P/WP уже обусловлено ра венством критериев Рейнольдса н, следовательно, не может быть задано -произвольно'. Величины рвр и tBp должны рас сматриваться в качестве заданных, поэтому выполнение ус ловия (4.10) возможно лишь при изменении отношения B/dm
137
а это приводит к нарушению подобия истечения жидкости из форсунки. Таким образом, Р. М. Ладыженский пришел к вы воду о невозможности моделирования форсуночных'камер.
Однако вывод Р. М. Ладыженского основан на выборе в качестве определяющего размера ширины или высоты форсу ночной камеры. При этом не учитывается, что данный размер не характеризует условия тепло -и массообмена в камере, по скольку процесс переноса происходит в основном в пределах факела форсунки. Это подтверждается многочисленными экс периментальными данными [48], которые показывают, -что расчетные зависимости, полученные на камерах малого сече ния (0,3 м2) с точностью до 5—7%, справедливы и для про мышленных камер сечением до 20 м2. Следовательно, вывод Р. М. Ладыженского нельзя признать достаточно обоснован ным. По мнению О. А. Кремнева [160], в модели форсуноч ной камеры моделируетря весь процесс обработки воздуха, так как в опытах имеют место реальные температуры, влаж ности и скорости воздуха, температуры воды, степени и плот ности орошения и используются те же форсунки, что и в ра бочих аппаратах.
Чтобы избежать противоречия между экспериментальны ми данными и выводом, основэнным на анализе формул (4.10) и (4.11), в этих выражениях следует в качестве опре деляющего размера принять длину рабочего объема форсу ночной камеры, поскольку она влияет на протяженность по верхности тепло- л .массообмена в направлении .потока .возду ха. Такой же характерный размер был принят А. В. Нестерен ко [114] при анализе процессов тепло- « маосопереноса со свободной поверхности жидкости.
.При рассмотрении вопроса о правомерности принятия мас совой .скорости воздуха и коэффициента орошения в качестве параметров, определяющих 'гидродинамику тепло- « маесообмена, следует отметить наличие многих противоречивых вы водов, основанных на одинаковых экспериментальных данных. Так, согласно О. Я- Кокорину и А. А. Гоголниу увеличение массовой скорости воздуха ,способствует интенсификации теп лообмена в камере, тогда как, по мнению О. А. Кремнева, с увеличением массовой скорости воздуха коэффициент эффек тивности уменьшается. Аналогично Л. М. Зусманович и Е. Е. Карпис считают целесообразным принимать .небольшую плотность установки форсунок, й А. А. Гоголин и В. Д. Кор кин рекомендуют ее увеличивать. Такие примеры можно про должить, однако уже и так видно, что использование величин
138
В и Vy в качестве определяющих параметров допускает дво якое толкование одних и тех же результатов опытов. Это объ ясняется тем, что выделить экспериментально влияние, напри мер, одной 'массой скорости на теплотехническую эффектив ность камеры просто нельзя. В самом деле, если изменение массовой скорости происходит при постоянном расходе воды, то одновременно изменяется и .коэффициент орошения. Сохра нить в этом случае В=const можно лишь за счет уменьшения или увеличения расхода воды, что неизбежно приводит к из менению поверхности контакта и гидродинамических условий в дождевом объеме камеры орошения. Эти то факторы и не учитываются при обработке экспериментальных данных с ис пользованием В 'И Vy. В результате удается получить расчет ные зависимости, .справедливые лишь для одного определен ного типа форсунок и к тому же с определенным диаметром сопла. Такое положение вполне допустимо при выполнении инженерных расчетов тиковых 'камер орошения, оборудован ных одно- и двухсторонними форсунками.
Для оценки эффективности применения в камере орошения различных форсунок одно- и двухстороннего распыления с целью выбора наиболее целесообразной конструкции в эксп луатационном и теплотехническом отношении использовать общепринятую методику нельзя. В этих условиях оце нитькачество обработки воздуха удается только с помощью числа — единиц переноса явного тепла ЫТия [136].
.Повысить эффективность обработки воздуха в форсуноч ной камере .можно как путем увеличения расхода воды, так и за счет использования более высокого давления перед фор сунками. В общем случае и тот и другой параметр определя ют затраты энергии на распыливание воды в дождевом объе ме камеры орошения, причем одновременный учет обоих фак торов позволяет охарактеризовать как поверхность переноса, так и гидродинамическую обстановку в камере. Поэтому нуж но использовать в качестве одного из определяющих парамет ров так называемый энергетический коэффициент следующего
вида .[/142]: |
|
|
|
( t , - t 2)-C'p.G B |
(ti У 'С p-yw |
(4.12) |
|
Gw’Hw |
B-Hw-A |
||
|
Yw
где ti и t2 — температура воздуха до и после камеры ороше-; ния;
GB и Gw — соответственно расход воздуха и воды, кг!ч\
.139
Hw — давление воды перед форсунками, кг/м2; yv — плотность воды, кг/м3;
В— коэффициент орошения, кг воды/кг воздуха;
А= 1/427— тепловой эквивалент работы, ккал/кг-м.
Как видно из выражения (4.12), энергетический коэффици ент характеризует отношение количества тепла, переданного от воздуха к воде в дождевом объеме камеры орошения, к мощ ности, затраченной ,на распиливание воды, т. е. на создание поверхности контакта и определенных гидродинамических ус ловий. Нетрудно заметить, что значение NTUHпри равной ве личине Кэя позволяет непосредственно сравнивать эффектив ность обработки воздуха в камере орошения, оборудованной различными форсунками.
Для характеристики конструктивных особенностей форсу нок используется два параметра: расчетная геометрическая характеристика форсунки и относительный диаметр сопла. Обработка экспериментальных данных для форсунки двухсто роннего распыления обычно проводится по геометрической характеристике Арь что делает возможным сопоставление ее с односторонней форсункой.
■Влияние скорости воздуха на эффективность тепло- и массопереноса в камере оценивается критерием Рейнольдса, в котором в качестве определяющего размера принимается дли на дождевого объема камеры между входным и выходным се
параторами: |
|
|
V H |
(4.13) |
|
P-g |
||
|
4.Основные расчетные зависимости
Вработе [142] приведены обобщенные расчетные выраже ния для форсунок одно- и двухстороннего распыления. Они были получены путем обработки результатов экспериментов.. Всего было поставлено две группы опытов, каждая из кото рых включала несколько серий испытаний с целью выявить, влияние на процесс -тепло- и массообмена определенного
фактора, учитывающего условия обработки воздуха.
В первой группе опытов изучалось влияние на эффектив ность работы камеры энергетического коэффициента, режи мов движения воздуха и частично конструктивных особенно стей форсунок. Опыты проводили для четырех типов односто ронних и двухсторонних форсунок с разными диаметрами
140
сопла. В поперечном сечении в центре камеры устанавлива лась одна форсунка, что соответствовало плотности; п=9-М 0 штук/м2, причем факел распыла односторонних фор сунок был направлен навстречу потоку воздуха. Каждая се рия опытов проводилась при трех значениях давления воды; перед форсунками и трех скоростях воздуха. Начальная тем пература и влажность воздуха изменялись незначительно, что позволяло при обработке полученных данных исключить вли яние начальных параметров взаимодействующих сред. Тип форсунок, которые .использовались в первой группе исследо ваний, и условия проведения опытов приведены в табл. 19. Температура воды во время опытов была близка к темпера туре мокрого термометра воздуха.
Первоначально результаты первой группы опытов обраба тывали в виде зависимости числа единиц переноса NTUH от энергетического коэффициента Кэя при различном значении ReB (рис. 35-Т-39). Из графиков видно, что большие значения NTUHдостигаются при уменьшении энергетического коэффи циента. Такой характер зависимости ЫТия= 1(Кэя) имеет строгий физический смысл. В самом, деле, по мере увеличения МТия, т. е. при приближении процесса к предельно возмож ному, каждый последующий шаг требует увеличения расхода и давления распиливаемой воды, а следовательно, возраста
ет энергоемкость дополнительно отнимаемого тепла, что и. приводит к уменьшению Кэя-
Анализ показывает, что с помощью Кэя можно объективно сравнивать эффективность применения в камере орошения,
различных форсунок. Так, для изоэкталыташных процессов, равенство NTUH при одинаковых начальных параметрах об рабатываемого воздуха свидетельствует о равенстве величин: ti—12. Следовательно, при постоянном расходе воздуха раз личие между Кэя в случае применения отличных друг от дру га форсунок может быть объяснено лишь разницей величин Hw ■Gw. Очевидно, чем меньше значение Hw-Gw, тем больше Кэн и тем выше теплотехническая эффективность камеры с данными форсунками. Этот вывод полностью справедлив и для сравнения политропических процессов, но здесь необхо димо учитывать, что равенство NTUH еще не характеризует равества ti—12. Таким образом, применяя энергетический коэффицинт, можно не только качественно, но и количественно оценивать эффективность камеры орошения с различными форсунками, тогда как при использовании в качестве опреде-
141
6 ) dc= 5,4 |
м м \ |
---------- при двухстороннем |
распылении; |
—при одностороннем распылении;
Re»= 1 ,2 1 - 1 ,2 2 - 106; О — Re* = 1;77-^1,80• 10s; □ •_ ReB==2,56 -j- 2,59 • 10s
NTUfl
б)
Рис. 36. Зависимость NTUfl от Кэя для форсунки 3 пл:
a) dc= |
3 ,l м м ; б) dc= 5 ,4 м м ; |
|
----------при |
двухстороннем |
распылении; |
----------при |
двухстороннем |
распылении; |
—при одностороннем распылении;
—при одностороннем распылении;
Д— Re* = 1 ,2 0 -1 ,2 3 -10s; О — ReB= l,74-^1,80-105
□-- Reв = 2,54v 2,58• 105.
NTUfl
u
l.o
0.6
0.2
0
NT U я
1.4
1
|
|
- |
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
. |
\ |
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
. |
N |
|
|
|
|
|
w\ \ |
|
|
|
|
|
ч * ч |
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
5йО ч |
- |
-«Ч |
|
|
|
|
|
^ _ ^ д л |
~~ |
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
-г.ф _ |
|
|
|
|
|
- .__ |
- _ с в _ |
|
|
|
|
|
|
|
200 |
400 |
600 |
800 |
Кэя |
|
|
|
a) |
|
|
|
\ л
V
\
\
*
1.0 |
\ |
\ |
|
|
|
|
|
\ |
\ |
|
Ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,6 |
|
V |
4 |
■ |
|
|
|
|
|
|
|
" Д - , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' d |
^ L C O - - |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
с Р |
- ^ |
0.2 |
0 |
100 |
|
200 |
300 |
400 |
Кэя |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
б) |
|
|
Рис. 37. Зависимость NTUh о т |
К э я д л я форсунки Кд 1002— 25: |
||||||
|
a) |
dc= |
3,0 |
м м ; |
б) dc= 5 ,l |
м м ; |
|
Д— ReB= l ,21-^1,23-105; О — ReB= l,7 7 — 1,78-Ю 5;
□— ReB= 2,54-: 2,56-105 ~ '